專利名稱：一種物理氣相輸運法生長碳化硅單晶用石墨坩堝的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石墨坩堝，主要應用于物理氣相輸運法(PVT)生長碳化硅單晶。
背景技術：
碳化硅是一種寬帶隙半導體。與其他半導體如硅、砷化鎵相 比，碳化硅晶體具有寬禁帶、高擊穿臨界場強、高熱導率、低介電常數、高電子遷移率、抗輻射、結實耐磨損等特性，是制作高頻、大功率、耐高溫和抗輻射器件的理想材料。目前物理氣相輸運(PVT)法在SiC晶體生長方面被普遍采用，而且研究人員也用此方法生長出了商用SiC晶片。PVT法的主要特征是在坩堝頂部加設籽晶，使得成核生長過程能夠得到控制，其溫度從1800°C到2600°C。該方法的過程可概括為將籽晶固定在坩堝頂部，在坩堝底部放入一定量的粉料，在一定氣壓條件下對坩堝進行加熱，使坩堝內部溫場達到要求，坩堝底部粉料在高溫下分解或反應生成晶體生長的氣體組分，最終這些氣體組分在溫度梯度的作用下被輸運到坩堝頂部籽晶表面處并沉積生長得到SiC晶體。SiC晶體生長時，坩堝中從粉料到籽晶之間溫度逐漸降低，形成一定的溫度梯度，由于溫度梯度的存在，使得坩堝中從源到晶種之間氣體分子的濃度不同，即溫度梯度決定了濃度梯度。溫度梯度和濃度梯度的微小波動是缺陷形成的主要原因之一，當籽晶上存在溫度、濃度的差異時，生長的晶體會產生微管、位錯、夾雜等缺陷。減小籽晶與粉料之間的距離，在接近平衡態(tài)的條件下生長碳化硅單晶，可以降低溫度和濃度梯度波動發(fā)生的幾率，從而提聞晶體的質量。采用物理氣相輸運法生長碳化硅單晶的設備需要采用石墨坩堝作為容器以承受2300°C高溫的環(huán)境。通常，石墨坩堝的頂蓋在實驗中與坩堝本身沒有相對運動，所以當減小籽晶與粉料之間的距離以提高碳化硅的質量時，碳化硅的產率會大大降低，而當增大籽晶與粉料之間的距離以提高碳化硅的產率時，碳化硅的質量會大大降低。

實用新型內容針對現有石墨坩堝結構在實驗中的局限性，本實用新型的目的在于提供一種物理氣相輸運法生長碳化硅單晶用石墨坩堝，通過對其結構進行改進，以實現碳化硅近距離平衡態(tài)生長，提高碳化硅晶體的質量；同時實現生長過程碳化硅晶體的提拉，提高碳化硅的產率。為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案一種物理氣相輸運法生長碳化硅單晶用石墨坩堝，包括坩堝體和頂蓋，該坩堝體內壁圓周上設有平臺，該平臺上設有導流錐，該導流錐為圓臺狀的筒體，其頂部尺寸與頂蓋上籽晶片的尺寸相匹配；所述頂蓋上設有提拉裝置。所述提拉裝置包括提拉盤和提拉軸，該提拉盤與提拉軸之間螺紋連接，該提拉盤的下部與頂蓋螺紋連接。[0010]所述頂蓋的形狀與所述導流錐的形狀互補，其內椎錐面的斜率大于或等于所述導流錐錐面的斜率。所述頂蓋的上表面設有凹槽，該凹槽的位置與頂蓋上籽晶片的位置相對應。所述提拉盤在中心位置上設有通孔。所述頂蓋的外柱面與坩堝體內壁之間的距離為l_3mm。所述導流錐設置在坩堝體的中上部，其高度略低于所述平臺至坩堝頂部的距離。所述i甘禍體的壁厚為5-15mm,所述導流錐的壁厚為3_5mm。 所述平臺的寬度為3_7mm,優(yōu)選為5mm。本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型的石墨坩堝，在坩堝體內設置導流錐，導流錐將高溫下碳化硅氣體束集到籽晶表面，頂蓋內錐與導流錐形成互補的形狀減輕了氣體的逸散，從而實現碳化硅近距離平衡態(tài)生長，提高碳化硅晶體的質量。該石墨坩堝的頂蓋上部設置的提拉盤，在實驗結束后，只需更換頂蓋便可以再次做實驗，其余部件可以重復使用，進一步提高了碳化硅的產率。

圖I為本實用新型的剖面結構示意圖。圖2為本實用新型的俯視圖。圖3為本實用新型頂蓋的結構示意圖。圖4為本實用新型頂蓋的俯視圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。如圖1、2所示，本實用新型的石墨坩禍，包括坩堝體I、頂蓋4、導流錐5、以及由提拉盤3和提拉軸2組成的提拉裝置。導流錐5為圓臺狀的筒體結構，設置在坩堝體I內，可以沿著坩堝體的內壁圓周上開設出平臺，將導流錐放置在該平臺上，其頂部尺寸與頂蓋上籽晶片的尺寸相匹配；該提拉盤3與提拉軸2之間螺紋連接，該提拉盤3的下部與頂蓋4螺紋連接，從而組合成一個整體的提拉結構。碳化硅粉料7放在坩堝體I內，當加熱到高溫，碳化硅粉料揮發(fā)形成氣體在導流錐5的束集作用下流動到籽晶片6表面。坩堝體I的壁厚為5-15_，薄壁坩堝體加熱效率高，但在氣體腐蝕作用下易穿孔，厚壁坩堝體加熱效率太低。導流錐5設置在坩堝體I的中上部，其厚度為3-5_，導流錐的頂部尺寸取決于籽晶片的尺寸，導流錐錐面的斜率根據籽晶片的尺寸及平臺的位置自動生成，導流錐的高度小于坩堝體內側壁平臺到坩堝頂部的距離。而平臺的尺寸取決于坩堝體壁厚與導流錐加工厚度，為3-7_，考慮加工因素及坩堝體內部空間因素，優(yōu)選為5mm。結合圖3、圖4所示，頂蓋4的形狀與導流錐5的形狀互補，其內椎錐面10的斜率等于導流錐錐面的斜率。為了進一步防止碳化硅氣氛的逸散，以實現碳化硅近距離平衡態(tài)生長，該內椎錐面10的斜率可以略大于導流錐錐面的斜率。頂蓋4的上表面還設有凹槽8，該凹槽的位置與頂蓋 上籽晶片的位置相對應。設置凹槽的目的在于，當坩堝加熱到高溫時，使籽晶片粘接面9有合適的溫場，因此，凹槽的尺寸取決于數值模擬的結果。在生長碳化硅單晶后，只需更換頂蓋便可以再次做實驗，其余部件可以重復使用，進一步提了碳化娃的廣率。
權利要求1.一種物理氣相輸運法生長碳化硅單晶用石墨坩堝，包括坩堝體和頂蓋，其特征在于該坩堝體內壁圓周上設有平臺，該平臺上設有導流錐，該導流錐為圓臺狀的筒體，其頂部尺寸與頂蓋上籽晶片的尺寸相匹配；所述頂蓋上設有提拉裝置。
2.根據權利要求I所述的石墨坩堝，其特征在于所述提拉裝置包括提拉盤和提拉軸，該提拉盤與提拉軸之間螺紋連接，該提拉盤的下部與頂蓋螺紋連接。
3.根據權利要求I所述的石墨坩堝，其特征在于所述頂蓋的形狀與所述導流錐的形狀互補，其內椎錐面的斜率大于或等于所述導流錐錐面的斜率。
4.根據權利要求I所述的石墨坩堝，其特征在于所述頂蓋的上表面設有凹槽，該凹槽的位置與頂蓋上籽晶片的位置相對應。
5.根據權利要求2所述的石墨坩堝，其特征在于所述提拉盤在中心位置上設有通孔。
6.根據權利要求3所述的石墨坩堝，其特征在于所述頂蓋的外柱面與坩堝體內壁之間的距離為l_3mm。
7.根據權利要求I所述的石墨坩堝，其特征在于所述導流錐設置在坩堝體的中上部，其高度略低于所述平臺至坩堝頂部的距離。
8.根據權利要求1-7任一項所述的石墨坩堝，其特征在于所述坩堝體的壁厚為 所述導流錐的壁厚為3_5mm。
9.根據權利要求8所述的石墨坩堝，其特征在于所述平臺的寬度為3-7mm。
10.根據權利要求9所述的石墨坩堝，其特征在于所述平臺的寬度為5mm。
專利摘要一種物理氣相輸運法生長碳化硅單晶用石墨坩堝，包括坩堝體和頂蓋，該坩堝體內壁圓周上設有平臺，該平臺上設有導流錐，該導流錐為圓臺狀的筒體，其頂部尺寸與頂蓋上籽晶片的尺寸相匹配；所述頂蓋上設有提拉裝置。該提拉裝置包括提拉盤和提拉軸，該提拉盤與提拉軸之間螺紋連接，該提拉盤的下部與頂蓋螺紋連接。本實用新型的石墨坩堝，在坩堝體內設置導流錐，導流錐將高溫下碳化硅氣體束集到籽晶表面，頂蓋內錐與導流錐形成互補的形狀減輕了氣體的逸散，從而實現碳化硅近距離平衡態(tài)生長，提高碳化硅晶體的質量。該石墨坩堝的頂蓋上部設置的提拉盤，在實驗結束后，只需更換頂蓋便可以再次做實驗，其余部件可以重復使用，進一步提高了碳化硅的產率。
文檔編號C30B29/36GK202390579SQ20112051283
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者李翠, 楊志民, 楊立文, 蔣秉軒 申請人:北京有色金屬研究總院